离子树脂交换桩

1. 什么叫离子交换树脂

什么是离子交换树脂？

离子交换是一种可逆的化学反应，其中从溶液中除去溶解的离子并用相同或类似电荷的其他离子替换。离子交换树脂本身不是化学反应物，而是促进离子交换反应的物理介质。树脂本身由形成烃网络的有机聚合物组成。整个聚合物基质是离子交换位点，其中带正电离子（阳离子）或带负电离子（阴离子）的所谓“官能团”固定在聚合物网络上。这些官能团容易吸引相反电荷的离子。

离子交换树脂基质通过在称为聚合的过程中使烃链彼此交联而形成。交联使树脂聚合物具有更强，更有弹性的结构和更大的容量（按体积计）。虽然大多数IX树脂的化学组成是聚苯乙烯，但某些类型是由丙烯酸（丙烯腈或丙烯酸甲酯）制造的。然后树脂聚合物经历一种或多种化学处理以将官能团结合到位于整个基质中的离子交换位点。这些官能团赋予离子交换树脂其分离能力，并且从一种树脂到下一种树脂会有很大差异。最常见的成分包括：

1.强酸阳离子交换树脂

由聚苯乙烯基质和磺酸盐（SO 3 -）官能团组成，其中带有钠离子（Na 2+）用于软化应用，或氢离子（H +）用于脱矿质

2.弱酸阳离子交换树脂

树脂由丙烯酸聚合物组成，该聚合物已用硫酸或苛性钠水解以产生羧酸官能团。由于它们对氢离子（H +）的高亲和力，弱酸阳离子交换树脂通常用于选择性地除去与碱度相关的阳离子。

3.强碱阴离子交换树脂

通常由经过氯甲基化和胺化的聚苯乙烯基质组成，以将阴离子固定到交换位点。1型强碱阴离子交换树脂是通过应用三甲胺生产的，其产生氯离子（Cl -），而2型强碱阴离子交换树脂通过应用二甲基乙醇胺生产，其产生氢氧根离子（OH -）。

4.弱碱阴离子交换树脂

通常由经过氯甲基化的聚苯乙烯基质组成，然后用二甲胺胺化。弱碱阴离子交换树脂

的独特之处在于它们不具有可交换的离子，因此用作酸吸收剂以除去与强无机酸相关的阴离子。

5.螯合树脂

螯合树脂是最常见的特种树脂类型，用于选择性去除某些金属和其他物质。在大多数情况下，树脂基质由聚苯乙烯组成，尽管多种物质用于官能团，包括硫醇，三乙基铵和氨基膦等。

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2. 离子交换树脂的交换原理

离子交换树脂的内部结构，由三部分组成，分别是：

1、高分子骨。

由交联的高分子聚合物组成；

2、离子交换基团。

它连在高分子骨架上，带有可交换的离子（称为反离子）的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

3、孔。

它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）。

在交联结构的高分子基体（骨架）上，以化学键结合着许多交换基团。这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。

交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。

1、离子交换的选择性定义：

离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。

离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。

2、以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明：

001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+，Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Ca2+，Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性，所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+，Mg2+等阳离子发生快速的交换反应，Ca2+，Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面，被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散，最终扩散到水中。

（1）边界水膜内的扩散

水中的Ca2+，Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面；

（2）交联网孔内的扩散（或称孔道扩散）

Ca2+，Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；

（03）离子交换

Ca2+，Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应；

（4）交联网孔内的扩散

被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。

（5）边界水膜内的扩散

最终扩散到水中。

鉴于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂通过处理，重新转化为原来的离子交换树脂，这样又可以进入下一循环，其循环次数视所用树脂类型不同而定。

3. 离子交换树脂的工作原理

离子交换树脂原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：

离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）。

水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。

(3)离子树脂交换桩扩展阅读：

离子交换树脂使用方法：

1、预选。离子交换树脂的粒度一般控制在20-35目，有些可达到50目，因此在使用前要先干燥，粉碎，过筛，通常干燥时在烘箱中进行，亦可在装有五氧化二磷、氧化钙或者浓硫酸的干燥器中进行，粉碎时不要分得过细，否则影响实验收率。

2、预处理。强碱性离子交换树脂应先用20倍树脂体积的4%氢氧化钠水溶液处理，然后用10倍体积的水洗，再用10倍量4%盐酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，然后将氯型转化成OH型，再转化成氯型，最后用10倍4%氢氧化钠水溶液处理。弱碱性离子交换树脂处理时只需用10倍量蒸馏水洗即可，不必洗至中性。

3、装柱。将处理好的树脂至于烧杯中，加水充分搅拌除掉气泡，静置几分钟待树脂大部分沉降后，倾去上层泥状颗粒；反复操作直至上层液澄清后，即可装柱。注意要在柱子底部放1cm后的玻璃丝，用玻璃棒将其压平，将树脂倒入柱子中，还要注意防止气泡产生。

4、树脂交换。将样品配制成一定浓度的水溶液，以适当流速通过柱子，亦可将样品溶液反复通过柱子，直到成分交换完全。用显色法检验成分是否交换彻底。

5、树脂洗脱。注意亲和力弱的成分先被洗下来，常用的离子交换树脂洗脱剂有强酸、强碱、盐类、不同pH缓冲溶液、有机溶液等，可选择梯度洗脱或者单一浓度洗脱。

6、树脂再生。

4. 离子交换树脂有哪几种

离子交换树脂的基本类型

1、强酸性阳离子树脂

这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。

树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。

2、弱酸性阳离子树脂

这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。

3、强碱性阴离子树脂

这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。

这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。

4、弱碱性阴离子树脂

这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。

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5. IC离子交换树脂，交换过程到底是谁跟谁交换是样品离子和树脂离子交

是指离子交换树脂的骨架由各种有机原料聚合而成的网状结构，使用百分数表示，交联度越大，网眼越小，交换时大体积的离子进入树脂受到限制，但提高了交换选择性。

6. 请教关于离子交换树脂的使用

一、离子交换树脂的预处理：

离子交换树脂在使用之前，为了防止树脂内含有杂质，对水版质造成权污染，需要对树脂进行预处理，以下是预处理的步骤：

1.首先使用热水对树脂进行清洗，阳树脂可以使用70-80℃的热水清洗，阴树脂的耐热性较差，一般使用50-60℃的热水，每隔15分钟左右需要更换热水，4-5次之后可以每隔30分钟左右更换热水，总共需要7-8次左右，直至出水清澈为止。

2.使用浓度为5%的氯化氢浸泡树脂，大概浸泡4-8小时左右，然后将水排放，对树脂进行清洗，直至出水为中性为止。

3.再使用浓度为2-4%的氢氧化钠浸泡树脂，浸泡时间与上一步相同，然后将水排放，对树脂进行清洗，直至出水为中性为止。如此重复2~3次，每次用量为树脂体积的2倍。

4.阳树脂最后一次浸泡需要使用浓度为5%的氯化氢，用量加倍效果更好。放尽酸液，用清水淋洗至中性即可。

5.阴树脂最后一次浸泡需要使用4~5%的NaOH溶液，用量加倍效果更好。放尽碱液，用清水淋洗至中性即可。

7. 钠离子树脂交换原理能除什么离子

1、钠离子交换软化处理的原理是将原子通过钠型阳离子交换树脂，使内水中的硬度成分Ca2+、容Mg2+与树脂中的Na+相交换，从而吸附水中的Ca2+、Mg2+，使水得到软化。如以RNa代表钠型树脂，其交换过程如下：

2RNa+ Ca2+==R2Ca+2Na+

2RNa+ Mg2+==R2 Mg+2Na+

即水通过钠离子交换器后，水中的Ca2+、Mg2+被置换成Na+。水经过一级Na+交换后，残余硬度一般小于1.5×10-2mmol/L，可供低压锅炉使用。

2、当钠离子交换树脂失效之后，为恢复其交换能力，就要进行再生处理。再生剂为价廉货广的食盐溶液（可因地制宜、就地取材，如亦可用海水或NaNO3废液等），再生过程的反应如下：

R2Ca+2NaCl==2RNa+CaCl2

R2Mg+2NaCl==2RNa+MgCl2

经上述处理，树脂即可恢复原来的交换性能。

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8. 离子交换树脂为什么能交换离子

离子活跃性不同。比如阳离子交换树脂，氢型，就是说氢离子大多是游离状态，遇到其他阳离子，比如钙，钙更容易与磺酸基团结合形成比氢离子更稳定的化学键，从而把氢离子“排挤”开。

9. 离子交换树脂的原理

离子交换树脂是人工合成的颗粒状有机高分子化合物，有交换剂本体（有机高聚物内，用R表示）和交换容基团两部分组成。可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类
可以通过硬水处理的过程来理解。硬水先后通过分别装有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的离子交换柱。硬水中的Ca2+ Mg2+等阳离子和Clˉ等阴离子先后与交换树脂中德H+和OHˉ起例子交换作用，从而软化硬水。例子方程式为
阳离子交换树脂的原理 2RSO3H+ Ca2+ = (RSO3)2Ca +2H+
阴离子交换树脂的原理 RN(CH3)3OH +Clˉ = RN(CH3)3Cl + OHˉ